Envejecimiento y prolongación de la vida útil de las centrales

Energía nucleoeléctrica y seguridad
Envejecimiento y prolongación de la
vida útil de las centrales nucleares:
aspectos de seguridad
Visión general de las cuestiones pertinentes y celebración
del simposio del 01EA en 1987
por Stanislav Novak y Milan Podest
La experiencia adquirida en las unidades generadoras
de electricidad alimentadas con combustible fósil así
como en todas las industrias de procesos demuestra que
las centrales comienzan a deteriorarse por envejecimiento aproximadamente a los 10 años de explotación. En las
centrales nucleares incidirán fenómenos similares, y cabe presuponer que, de no adoptarse medidas adecuadas,
se afectarán su disponibilidad y seguridad.
Es evidente que la antigüedad promedio de los reactores de potencia de los Estados Miembros del OIEA
va en aumento. (Véanse los gráficos adjuntos.) Para el
año 2000, más de 50 centrales nucleares habrán estado
suministrando electricidad durante 25 años o más. La
vida útil de la mayoría de las centrales nucleares oscila
entre 20 y 40 años.
El envejecimiento se define como la degradación
constante que sufren los materiales en el transcurso del
tiempo debido a las condiciones de funcionamiento,
incluidas la explotación normal y los transitorios. La experiencia común es que después de un período largo se
produce un cambio gradual en las propiedades de los
materiales. Estos cambios pueden afectar la capacidad
de los componentes técnicos, los sistemas o las estructuras para realizar la función requerida. No todos los cambios son perjudiciales, pero con frecuencia se observa
que los procesos de envejecimiento suelen ocasionar una
reducción gradual del rendimiento.
Todos los materiales de una central nuclear pueden
envejecer y dejar de realizar total o parcialmente la función prevista. El envejecimiento no sólo afecta a los
componentes activos (cuya probabilidad de sufrir desperfectos aumenta con el tiempo), sino también a los pasivos, ya que el margen de seguridad se reduce hasta el
más bajo nivel admisible.
Distribución de las centrales nucleoeléctricas
por antigüedad
35
30
25
1 20
15
10
20
25
35
Anos de explotación
Número de reactores de potencia que alcanzarán
los treinta años de funcionamiento en 1990-2000
(proyección)
70 r
60
Efectos del envejecimiento de las centrales
Los principales efectos nocivos del envejecimiento
son los cambios que se producen en las propiedades físicas (por ejemplo, la conductividad eléctrica); la fragilización por irradiación; la fragilización térmica; la
fluencia; la fatiga; la corrosión (incluidas la erosión y la
fisuración ayudada por la corrosión); el desgaste (por
ejemplo, el rozamiento y la fisuración ayudada por el
desgaste, como la fatiga por rozamiento).
50
¡i
40 30
20
10
0
..l I
^S
EL& S_.
1990 91 92 93
E
I
94 95 96 97 98 99 2000
(Fuente: Sistema OIEA de Información sobre Reactores de Potencia)
Los Sres. Novak y Podest son funcionarios del Departamento de Energía y Seguridad Nucleares.
OIEA BOLETÍN. 4/1987
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Energía nucleoeléctrica y seguridad
Así pues, el término "envejecimiento" represéntalos
cambios acumulativos que pueden ocurrir con el transcurso del tiempo en un componente o estructura a causa
de uno o varios de estos factores. Desde esta perspectiva^ es evidente que se trata de un proceso complejo que
comienza en cuanto se produce el componente o estructura y continúa a lo largo de su vida útil. Indudablemente, el envejecimiento es un factor importante para
determinar los límites o la prolongación de la vida útil
de las centrales nucleares. Ninguna central nuclear, ni
siquiera las que aún están en construcción o en estado de
preservación, escapan a los efectos del envejecimiento.
La rapidez con que ocurre el envejecimiento depende
en gran medida tanto de las condiciones de funcionamiento como de la sensibilidad de los materiales a esas
condiciones, por lo que hay que comenzar a considerar
el envejecimiento desde la etapa de diseño seleccionando
los materiales adecuados, y seguir teniéndolo en cuenta
durante todo el ciclo vital.
Si bien el envejecimiento de las centrales nucleares
podría repercutir en la eficiencia de la generación de
energía eléctrica, la seguridad también podría quedar
afectada si no se detecta la degradación de los componentes o estructuras fundamentales antes de que pierdan
capacidad funcional y si no se adoptan medidas correctivas oportunas. Lo que es preciso comprender es cómo
el proceso de envejecimiento puede alterar las probabilidades de fallos de los componentes en sistemas diseñados para remediar los transitorios y los accidentes (y,
por tanto, reducir los márgenes de seguridad), y cómo
la degradación por envejecimiento puede ser el comienzo de sucesos de esa índole.
Las preocupaciones en torno al envejecimiento del
equipo obedecen a que pueden ocurrir fallos simultáneamente (o a que de hecho ocurren) en los sistemas de
seguridad redundantes. La redundancia (unida a la diversidad) constituye el principal medio de protección
contra las consecuencias de los fallos aleatorios del
equipo y garantiza que al menos una cadena completa de
sistemas de seguridad esté funcionando en todo momento durante la explotación de la central. No existiría la
protección requerida si el envejecimiento del equipo
degradara la capacidad funcional hasta el punto en que
el aumento en los niveles de tensión asociado a un suceso
tipo pudiera provocar un fallo simultáneo en los sistemas
redundantes (o provocar que fallaran en un intervalo
crítico).
Vigilancia y detección
Las entidades explotadoras han venido utilizando diferentes programas y métodos para prevenir, detectar,
corregir y remediar los fallos de los sistemas y componentes cualquiera que sea la causa, incluidos los efectos
de la degradación por envejecimiento. Entre estos métodos se encuentran los programas de mantenimiento preventivo, los sistemas de notificación de sucesos
significativos y los exámenes periódicos del funcionamiento de la central. Estos métodos se han venido perfeccionando constantemente (a la luz de las experiencias
y los nuevos conocimientos), y, en términos generales,
son muy eficaces para detectar y atenuar los efectos del
envejecimiento.
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Anteriormente se consideraba que el envejecimiento
era sólo una de muchas posibles causas de fallo de los
componentes. Las investigaciones en torno al envejecimiento se realizaban fundamentalmente en respuesta a
los problemas o fallos operacionales que ocurrían.
Ahora bien, en los últimos años la industria, los órganos
de reglamentación y las organizaciones internacionales
han reconocido que a medida que aumenta la edad promedio de las centrales nucleares, el enriquecimiento de
los programas existentes con tecnologías nuevas conduciría a un enfoque más sistemático y activo. En consecuencia, diversos Estados Miembros han iniciado
programas o proyectos encaminados a comprender el
proceso de envejecimiento y conocer los nuevos métodos de que se dispone para controlar sus efectos. Estas
actividades se han traducido en un mayor empeño en el
examen y la elaboración de métodos de vigilancia,
prueba e inspección con miras a garantizar la detección
oportuna de la degradación por envejecimiento.
Para hacer frente al proceso de envejecimiento de las
centrales nucleares se requiere un método sistemático de
análsis de estos fenómenos. Es preciso elaborar métodos
experimentales y teóricos para evaluar la repercusión del
envejecimiento en el funcionamiento de la planta. Durante la explotación se deben aplicar métodos eficaces de
inspección, observación y vigilancia para evaluar la "vida calificada" de los componentes, los sistemas y las
estructuras, lo cual debe servir de base para asegurar un
mantenimiento, reparación y sustitución oportunos y eficaces, prestando especial atención a los sistemas y componentes de importancia para la seguridad.
Simposio internacional
Al igual que sucede con la gestión adecuada del envejecimiento de las centrales, cada vez cobran más interés
los espectos económicos de la prolongación de la vida
útil de las centrales nucleoléctricas. El OIEA recoge ambos aspectos en sus programas.
Recientemente el Organismo organizó el Simposio
Internacional sobre los aspectos de seguridad relativos al
envejecimiento y mantenimiento de las centrales nucleares, que se celebró en Viena del 29 de junio al 3 de julio
de 1987*. Este fue el primer simposio organizado por el
OIEA sobre el tema, y, por tanto, estuvo dirigido a una
amplia gama de participantes que incluía a personal técnico y administrativo a cargo de la explotación de
centrales nucleares, personal de órganos de reglamentación, organizaciones consultivas y de arquitectura e ingeniería, personal técnico y administrativo de empresas
contratistas y personal técnico y administrativo de
centrales nucleares encargado de las operaciones de
mantenimiento. Asistieron al simposio 140 participantes
procedentes de 30 países y tres organizaciones internacionales. En los párrafos siguientes se destacan importantes temas abordados en el simposio.
Esfuerzos a nivel nacional
En algunos países se han iniciado varios programas
que incluyen estudios encaminados a lograr la comprensión del proceso de envejecimiento de las centrales
* Los documentos han sido publicados por el OIEA.
OIEA BOLETÍN, 4/1987
Energía nucleoeléctrica y seguridad
nucleares, sus efectos potenciales sobre la seguridad, y
métodos para detectarlo y remediarlo. Por ejemplo, la
Comisión de Reglamentación Nuclear (NRC) de los
Estados Unidos tiene un programa denominado Investigación sobre el Envejecimiento de las Centrales Nucleares (NPAR) que comprende: 1) la identificación y
selección de los componentes cuyo envejecimiento tiene
una fuerte repercusión en el comportamiento de la seguridad; 2) análisis de márgenes de seguridad tipo, ensayos
de cualificación, experiencia operacional, opiniones de
expertos, perfeccionamiento de los métodos de observación, inspección, vigilancia y mantenimiento; 3) estudios técnicos, incluida la verificación de los métodos de
inspección, observación, vigilancia y mantenimiento,
exámenes in situ, reunión de datos de equipos en explotación, exámenes posteriores a la puesta en marcha de la
central, pruebas de los equipos que han tenido un envejecimiento natural y análisis costo-beneficio. El programa
muestra realmente la complejidad de la cuestión del
envejecimiento.
En el simposio se hizo referencia además al modo en
que otros órganos reglamentadores abordaban los
problemas del envejecimiento. Entre los mecanismos
importantes que se citaron figuraban los programas de
evaluaciones periódicas basados en una amplia compilación de datos operacionales; programas de mantenimiento preventivo; vigilancia permanente de los componentes
de la central nucleoeléctrica; el aprovechamiento de la
experiencia extraída de los análisis de incidentes; la
cualificación individual y de los componentes; la instrucción y capacitación del personal; el control externo
y la garantía de calidad. Actualmente se elaboran procedimientos para cuantificar el riesgo a partir de datos
relacionados con el envejecimiento y los fallos de
componentes.
También se está prestando más atención a la reunión
y evaluación de datos operacionales. Se explicaron las
ventajas de un sistema computadorizado de reunión de
datos que incorpora los resultados de los programas de
observación, pruebas y mantenimiento, y que además
reúne datos sobre todas las modalidades de explotación
los cuales permiten evaluar posteriormente la vida útil
de los componentes críticos. También se describió el papel que desempeña la experiencia operacional en el perfeccionamiento de las especificaciones de comprobación
de equipos eléctricos o de otra índole.
Existen algunos otros mecanismos para la comprensión del proceso de envejecimiento que ya se emplean y
están en vías de perfeccionamiento, como, por ejemplo,
los modelos probabilistas de las condiciones de envejecimiento, el empleo de componentes de centrales procedentes de unidades nucleares clausuradas para evaluar el
proceso de envejecimiento, y la aplicación de métodos
que "envejecen artificialmente" los componentes críticos a fin de determinar su vida útil.
Asimismo, se pueden adoptar medidas para tratar los
fenómenos relacionados con el proceso de envejecimiento durante la explotación de la central nuclear. Entre las
medidas abordadas en el simposio figuraron la utilización de equipo técnico de diagnóstico para detectar la
degradación de los sistemas y estimar la vida útil restante; la vigilancia de la química del agua para evitar la
corrosión; y la vigilancia de los daños por radiaciones en
la vasija de presión.
OIEA BOLETÍN, 4/1987
Prolongación de la vida útil de las centrales
En el simposio se debatió desde varios puntos de vista
el tema de la prolongación de la vida útil de las centrales
nucleares (técnicamente conocida por la sigla Nuplex).
Se analizaron programas relativos a la prolongación de
la vida útil de las centrales de Francia, los Estados Unidos de América y el Japón. Pese a que abarcan diferentes
tipos de centrales nucleares, estos programas son similares: todos incluyen una base de datos de la información
operacional necesaria; el comportamiento de la investigación y el desarrollo; e información sobre la disponibilidad de dispositivos adecuados para la sustitución o
reparación del equipo crítico. En los Estados Unidos de
América, se creó un Comité Directivo de Nuplex cuyas
funciones principales son abogar por que la NRC establezca oportunamente un proceso de renovación de licencias, patrocinar los estudios de reglamentación
necesarios y representar a las empresas nucleoeléctricas
en lo que respecta a la política y las normas de renovación de licencias propuestas por la NRC.
En relación con los aspectos tecnológicos de la prolongación de la vida útil de las centrales, los documentos
del simposio versaron en gran medida sobre la explotación. El Laboratorio Técnico Nacional de Idaho, Estados Unidos de América, describió la evaluación de la
vida útil residual de los componentes principales de los
reactores de agua a presión (PWR). La presentación del
empleo de las técnicas de análisis probabilista de riesgo
(APR) relativas a la vigilancia del funcionamiento para
mejorar la seguridad de la explotación de las centrales
nucleares estuvo a cargo de los Laboratorios Nacionales
Sandia de los Estados Unidos de América. También se
abordaron aspectos tecnológicos en un documento en
que se analizaba el simposio sobre la prolongación de la
vida útil de las centrales, organizado en febrero de 1987
por la Agencia para la Energía Nuclear de la Organización de Cooperación y Desarrollo Económicos, en colaboración con el OIEA.
En el Japón se han realizado investigaciones para determinar la vida esencial de la vasija de presión del reactor, y se comunicó a los participantes en el simposio que
los resultados se han utilizado para comenzar a elaborar
procedimientos técnicos destinados a evaluar el proceso
de envejecimiento. Como una valiosa ayuda para
cumplir los requisitos de reglamentación en un documento presentado por Francia se describió el sistema de
contabilidad de los transitorios de los reactores de agua
a presión normalizados de dicho país.
En el simposio también se realizaron tres mesas redondas. En la primera se presentaron algunas cuestiones
relacionadas con el envejecimiento de los componentes
activos y pasivos. Se hizo hincapié en que era preciso
examinar detalladamente el lugar que ocupa el envejecimiento de los componentes activos entre los factores de
riesgo. Deberían mejorarse los sistemas de bases de datos con miras a reunir una información más pormenorizada acerca de los fallos, las reparaciones y el
mantenimiento. Entre otros aspectos se recalcaron los siguientes: el envejecimiento es una cuestión que concierne no sólo a las futuras centrales nucleares, sino a todas
las que están en explotación; los acutales métodos de
prueba, vigilancia y mantenimiento no son adecuados
para hacer frente a la cuestión del envejecimiento; la
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Energía nucleoeléctrica y seguridad
cuantificación de las consecuencias del envejecimiento es muy importante para garantizar la
explotación de las centrales nucleares en condiciones de seguridad y para suministrar datos
comprobados al órgano reglamentador; para
controlar el proceso de envejecimiento debe recurrirse más bien a medidas preventivas que
correctivas, y las actividades deben centrarse en
los componentes más sensibles de las centrales.
En la segunda mesa redonda se puso énfasis en
una importante actividad del operador, a saber, la
determinación sistemática de la degradación por
envejecimiento de componentes y piezas que son
de importancia para la seguridad y la fiabilidad. Es
preciso comprender los mecanismos que deben
aplicarse para detectar el nivel de degradación, y
hacerlo de forma tal que sea posible medir un
determinado grado de deterioro. Se entendió que
un adecuado programa de mantenimiento basado
en análisis pormenorizados de los datos (con el
propósito de sustituir las piezas antes de producirse el fallo) era especialemente importante para
controlar el fenómeno del envejecimiento en las
centrales en explotación.
La tercera mesa redonda se centró en el papel
del OIEA en la cooperación internacional en esta
esfera. Se destacó en especial la labor del Organismo en el fomento del diálogo y el intercambio de
información y experiencia, así como su papel en la
difusión de información mediante documentos,
guías y otras publicaciones. En términos generales, se recomendó que el Organismo desempeñara
un papel activo, ya que aún faltaba por conocer
una gran diversidad de aspectos técnicos, económicos y de reglamentación antes de que pudieran
adoptarse decisiones en relación con el proceso de
envejecimiento y la prolongación de la vida útil de
las centrales nucleares.
Actualmente el OIEA está preparando un informe que concluirá en 1988, en el cual se tomarán
en cuenta los resultados de los simposios celebrados en 1987 sobre la prolongación de la vida útil
de las centrales y sobre su envejecimiento y
mantenimiento.
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Protección
radiológica adecuada:
un problema
que subsiste
Los programas de los países
en desarrollo en particular no alcanzan
a satisfacer las necesidades
por Morris Rosen
El mal manejo de las fuentes radiactivas y de los
equipos afines que se utilizan ampliamente en la medicina, la agricultura, la industria y las investigaciones, no
es nada fuera de lo común ni exclusivo de los países en
que las aplicaciones de la energía nuclear o la experiencia en ese campo son limitadas. A fines de 1982, una
combinación de fallos técnicos y errores humanos en una
planta de esterilización costó la vida a un técnico; en
1983, la no observancia de los procedimientos prescritos
ocasionó una muerte en una instalación de investigaciones, y en ese mismo año, la negligencia al desechar
fuentes médicas provocó que varias personas quedaran
sometidas a niveles de exposición excesivamente
elevados. En 1984 se exportaron inadvertidamente
accesorios de tuberías contaminados; en 1985, ocho personas fallecieron a causa de la sobreexposición a una
fuente industrial que fue llevada a un domicilio sin rotular, y en el hogar de un físico médico se detectó una
fuerte contaminación de radio; y en 1986 se produjo una
considerable sobreexposición de un trabajador al tritio.
A lo largo de los años, todos estos acontecimientos ocurridos en aplicaciones no energéticas de la energía
nuclear se han divulgado en la publicación anual del
OIEA Examen de la Seguridad Nuclear.
La contaminación radiológica de decenas de personas
en la ciudad de Goiania (Brasil) es un hecho reciente y
lamentable que se suma a la cronología de sucesos
notificados.
En respuesta al número cada vez mayor de incidentes significativos notificados, el Dr. Hans Blix,
Director General del OIEA, anunció en septiembre
de 1984 la creación de los Equipos de Asesoramiento en
Protección Radiológica (EAPR) para ayudar a los Estados Miembros a evaluar la situación de sus actividades
de protección radiológica y a determinar sus necesidades
inmediatas y futuras. ¿Cuáles han sido los resultados?
El Dr. Rosen es Director General Adjunto y Director de la División
de Energía Nucleoeléctrica del OIEA.
OIEA BOLETÍN, 4/1987